pano

rama

RAF

A¸ DERL

ACZ

FIZJOLOGIA I MEDYCYNA

Richard Axel i Linda B. Buck za odkrycie
mechanizmów odczuwania zapachów

W´ch u ludzi nie jest tak wa˝ny jak wzrok i s∏uch, ale wystarczy dzieƒ kataru, by potrawy
straci∏y smak, a wiosenne kwiaty sporo ze swego uroku. Ocenia si´, ˝e cz∏owiek potrafi
rozró˝niç oko∏o 10 tys. ró˝nych zapachów. Jak to mo˝liwe – by∏o przez wiele lat ca∏kowi-
tà niewiadomà.

W po∏owie lat osiemdziesiàtych Richard Axel i Linda B. Buck z Howard Hughes Me-

dical Institutes w Columbia University w Nowym Jorku za∏o˝yli, ˝e receptory zapachów
z komórek nab∏onka w´chowego nosa nale˝eç muszà do rodziny receptorów serpentyno-
wych zwiàzanych z bia∏kami G. Dzi´ki podobieƒstwu bu-
dowy tych bia∏ek, po latach ˝mudnych i w wi´kszoÊci
zupe∏nie nieudanych eksperymentów, udowodnili swojà
tez´, klonujàc kilkanaÊcie genów receptorów w´chowych i
wykazujàc, ˝e w genomie ludzkim jest ich ∏àcznie oko∏o ty-
siàca (póêniej okaza∏o si´, ˝e ponad po∏owa z nich jest
nieczynna).

Wkrótce potem Buck odesz∏a z zespo∏u Axela i odtàd obo-

je pracowali nad teorià w´chu niezale˝nie. To g∏ównie dzi´-
ki ich badaniom wiemy obecnie, ˝e ka˝da komórka zmy-
s∏owa nab∏onka w´chowego nosa produkuje i wykorzystuje
tylko jeden z kilkuset dost´pnych receptorów w´chowych.
Komórki majàce receptor jednego typu sà rozproszone na
ca∏ej powierzchni nab∏onka w´chowego, ale przekazujà sy-
gna∏y o odebraniu zapachu do jednej wspólnej stacji przekaê-
nikowej, gdzie informacja jest analizowana i przesy∏ana da-
lej do mózgu. Poszczególne receptory nie rozpoznajà jednak ca∏ych
czàsteczek zwiàzków chemicznych, lecz tylko ich charakterystyczne
struktury przestrzenne. Odtworzenie pe∏nego wra˝enia w´chowego od-
bywa si´ – jak przy rozwiàzywaniu ∏amig∏ówki – przez zestawienie infor-
macji o obecnoÊci ró˝nych struktur p∏ynàcej z wielu receptorów. To dzi´-
ki temu w∏aÊnie cz∏owiek, majàcy zaledwie 339 czynnych receptorów,
mo˝e rozró˝niç tyle zapachów.

Dorobek naukowy Axela i Buck w liczbach nie przedstawia si´ imponujàco

– Buck ma na swym koncie tylko 35 artyku∏ów. O obojgu mówi si´ jednak, ˝e nie
opublikujà niczego, co nie ma najwy˝szej wartoÊci naukowej. Opini´ t´ podzieli∏a Szwedz-
ka Królewska Akademia Nauk – uznajàc, ˝e w nauce liczy si´ przede wszystkim jakoÊç, a nie
iloÊç, uhonorowa∏a naukowców Nagrodà Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii.

L.T.

GRUDZIE¡ 2004 ÂWIAT NAUKI

15

Nagrody Nobla
2004

Bu∏awka w´chowa

Komórka

mitralna

K∏´buszek

w´chowy

KoÊç

Nab∏onek

w´chowy

Kierunek ruchu powietrza

z substancjami zapachowymi

Komórki receptorowe

Receptory

zapachu

NiegdyÊ sàdzono, ˝e bia∏ka po prostu rozpa-
dajà si´ ze staroÊci lub rozk∏adajà je enzy-
my zwane proteazami na podobieƒstwo tra-
wienia w przewodzie pokarmowym. W
latach pi´çdziesiàtych okaza∏o si´ jednak, ˝e
rozk∏ad bia∏ek w komórkach nie jest prostà
hydrolizà, poniewa˝ wymaga zu˝ycia wyso-
koenergetycznego zwiàzku ATP. W roku 1977
zespó∏ Alfreda L. Goldberga opracowa∏ me-

tod´ badania degradacji bia∏ek w lizacie nie-
dojrza∏ych krwinek czerwonych. Zaintere-
sowali si´ nià Hershko i Ciechanover, ale w
doÊwiadczeniach przeszkadza∏a im obec-
noÊç hemoglobiny w lizacie. Chcàc si´ jej
pozbyç, chromatograficznie rozdzielili lizat
na dwie frakcje – i okaza∏o si´, ˝e niestety
w ˝adnej z nich degradacja nie zachodzi.
Gdy jednak po∏àczyli je z powrotem, proces

ZASADY DZIA¸ANIA

zmys∏u w´chu

poznane dzi´ki pionierskim
badaniom tegorocznych noblistów,
Richarda Axela i Lindy B. Buck.

CHEMIA

Avram Hershko, Aaron Ciechanover i Irwin Rose za odkrycie mechanizmu
degradacji bia∏ek w komórkach

zosta∏ wznowiony. Jedna
z frakcji zawiera∏a zatem
coÊ, co potrzebne by∏o
drugiej do degradowa-
nia bia∏ek. Wydzielili ten
czynnik w roku 1978 –
by∏ to ma∏y polipeptyd o
masie zaledwie 9 kDa,
ubikwityna.

Hershko, Ciechanover

i Rose wykazali nast´p-
nie, ˝e czàsteczka ubi-
kwityny mo˝e byç ko-
walencyjnie przy∏àczana
do bia∏ek i ˝e w tej reak-
cji jest zu˝ywany ATP. Za
przebieg procesu od-
powiadajà a˝ trzy kolej-
no dzia∏ajàce enzymy.
Pierwszy – E1 – akty-
wuje ubikwityn´ (i do te-
go zu˝ywa ATP). Drugi –
E2 – jest poÊrednikiem przenoszàcym akty-
wowanà ubikwityn´ na trzeci enzym – E3
– który ostatecznie przy∏àcza jà do docelo-
wego bia∏ka. Operacja jest powtarzana wie-
lokrotnie, dzi´ki czemu powstaje ∏aƒcuch
ubikwityn.

Badania te by∏y kluczowe dla zrozumie-

nia zasad degradacji bia∏ek w komórkach.
W kolejnych pracach wykazano, ˝e ∏aƒcuch
ubikwityn jest znacznikiem wyró˝niajàcym
bia∏ka przeznaczone do degradacji. Zachodzi
ona w ogromnym kompleksie enzymatycz-
nym zwanym proteasomem, który wyglàda

jak bary∏ka bez dna.
WejÊç do niej mogà tylko
czàsteczki oznaczone ∏aƒ-
cuchem ubikwityn. We
wn´trzu sà ci´te enzyma-
tycznie na drobne frag-
menty, które opuszczajà
proteosom przez „dziura-
we” dno. Mechanizm ubi-
kwitynacji jest bardzo
precyzyjnie sterowany –
w komórce jest kilka en-
zymów typu E1, kilka-
dziesiàt E2 i kilkaset E3.
System ten umo˝liwa
precyzyjne i b∏yskawicz-
ne usuwanie bia∏ek, któ-
re nie sà ju˝ potrzebne
[patrz: Alfred L. Gold-
berg, Stephen J. Elledge
i J. Wade Harper „Czà-
steczkowa komora stra-

ceƒ”; Âwiat Nauki, marzec 2001]. Ubikwity-
nacja jest niezb´dna do przeprowadzenia
cyklu podzia∏owego komórki. Uczestniczy
tak˝e w procesach nowotworzenia. Degrada-
cja bia∏ek jest niezwykle istotna równie˝ dla
procesów odpornoÊciowych. Krótkie pepty-
dy pozosta∏e po degradacji sà prezentowa-
ne na powierzchni komórek, dzi´ki czemu
uk∏ad odpornoÊciowy widzi, jakie bia∏ka pro-
dukowane sà wewnàtrz. Umo˝liwia mu to
wykrycie bia∏ek nieprawid∏owych lub ob-
cych (np. wirusowych), wszcz´cie alarmu
i podj´cie walki z chorobà.

L.T.

pano

rama

LECH TREZCIAK

16

ÂWIAT NAUKI GRUDZIE¡ 2004

FIZYKA

David Gross, David Politzer i Frank Wilczek za odkrycie w 1973 roku asymptotycznej swobody
w teorii silnych oddzia∏ywaƒ mi´dzy czàstkami elementarnymi

Wszyscy czekali na to od dawna. Komitet Noblowski przyzna∏ nagrod´ za opis w∏aÊciwoÊci od-
dzia∏ywania, które ma podstawowe znaczenie dla fizyki czàstek elementarnych. Pozwala lepiej
zrozumieç problem uwi´zienia kwarków, czyli dlaczego zbudowane z nich protony i neutro-
ny si´ nie rozpadajà.

Fizycy oko∏o 40 lat temu temu zgodzili si´, ˝e czàstki uwa˝ane do tej pory za elemen-

tarne sà zbudowane z mniejszych sk∏adników – kwarków. Dzisiaj wiadomo, ˝e jest szeÊç kwar-
ków i szeÊç antykwarków, a ka˝dy z nich mo˝e wyst´powaç w trzech tzw. kolorach – ana-
logach ∏adunku elektrycznego (naukowcy umówili si´, ˝e b´dà to czerwony, niebieski
i zielony, by sk∏ada∏y si´ do neutralnego koloru bia∏ego) – a ró˝nokolorowe kwarki si´ przy-
ciàgajà. NoÊnikiem, czyli czàstkà poÊredniczàcà w tym oddzia∏ywaniu, sà równie˝ obdarzo-
ne kolorem bezmasowe gluony.

Z przedstawionej przez laureatów teorii o oddzia∏ywaniu silnym wynika∏o, ˝e gluony

majà niezwyk∏à w∏aÊciwoÊç – mogà oddzia∏ywaç nie tylko z kwarkami, lecz tak˝e z innymi
gluonami. Z tego zaÊ wynika, ˝e oddzia∏ywanie silne ma zupe∏nie inne w∏aÊciwoÊci ni˝ na
przyk∏ad oddzia∏ywanie elektromagnetyczne, które s∏abnie ze wzrostem odleg∏oÊci. Im
mniejsza odleg∏oÊç mi´dzy kwarkami, tym oddzia∏ywanie jest s∏absze.

Ta cecha jest w∏aÊnie nazwana asymptotycznà swobodà. Natomiast gdy próbujemy roz-

dzieliç dwa kwarki, si∏a oddzia∏ywania mi´dzy nimi wzrasta. Obliczenia Grossa, Politzera
i Wilczka okaza∏y si´ zgodne z doÊwiadczeniem i sta∏y si´ podstawà teorii oddzia∏ywaƒ sil-
nych, inaczej zwanà chromodynamikà kwantowà.

P.S.

LITERATURA

Elfride Jelinek,

austriacka pisarka, w Polsce

znana g∏ównie jako autorka

zekranizowanej w 2001 roku

kontrowersyjnej powieÊci Pianistka,

„za demaskowanie absurdalnoÊci

stereotypów spo∏ecznych

w powieÊciach i dramatach” oraz

„nadzwyczajnà lingwistycznà

pasj´”; Jelinek jest dziesiàtà

w ponadstuletniej historii Nobla

kobietà nagrodzonà

w dziedzinie literatury.

EKONOMIA

Finn E. Kydland

i Edward C. Prescott

za „prac´ wyjaÊniajàcà, w jaki

sposób na cykle koniunkturalne

wp∏ywajà takie czynniki, jak

zmiany w polityce ekonomicznej

i technologii”. Królewska

Szwedzka Akademia Nauk

podkreÊli∏a, ˝e tegoroczni nobliÊci

zostali wyró˝nieni tak˝e za

wniesienie wk∏adu do „praktyki

polityki monetarnej i fiskalnej

wielu krajów”.

NAGRODA POKOJOWA

Wangari Maathai

za sta∏à dzia∏alnoÊç na rzecz

„rozwoju przyrody, wolnoÊci

poglàdów i demokracji” w ojczystej

Kenii i ca∏ej Afryce. Jest pierwszà

w historii kobietà noblistkà z Afryki.

W roku 1977 utworzy∏a Ruch

Zielonego Pasa, dzi´ki któremu

w Kenii i krajach sàsiednich

zasadzono ju˝ oko∏o 30 mln drzew.

W grudniu 2002 roku zosta∏a

wybrana do parlamentu kenijskiego,

a w styczniu nast´pnego roku

mianowana wiceministrem

Êrodowiska, zasobów naturalnych

i fauny w rzàdzie Kenii.

POZOSTALI

LAUREACI

UBIKWITYN¢

– ma∏e bia∏ko sk∏adajàce

si´ z zaledwie 76 aminokwasów
– odkryto w 1975 roku. Wyst´puje
ona powszechnie w organizmie,
ale dopiero Hershko, Ciechanover
i Rose wykazali, do czego s∏u˝y.